《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)》課件匯 倪曉梅 第2次課第3節(jié)機(jī)械傳動裝置 -15 PLC

溫故知新?lián)尨穑簷C(jī)械系統(tǒng)理想的特性是什么？希望：轉(zhuǎn)動慣量小，摩擦小，阻尼合適，剛度大，抗振性能好，間隙小，機(jī)電動態(tài)特性相匹配。新課導(dǎo)入思考：你能否舉出幾種常見的機(jī)械傳動系統(tǒng)來？齒輪傳動、帶傳動、滾珠花鍵等這些機(jī)械傳動系統(tǒng)必須滿足機(jī)械系統(tǒng)特性的要求怎樣滿足？3第2章機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1機(jī)械系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立2.2機(jī)械傳動系統(tǒng)的特性2.3機(jī)械傳動裝置齒輪總傳動比的確定，齒輪各級傳動比的確定原則；齒輪傳動間隙消除的方法。重點(diǎn)齒輪總傳動比的確定，齒輪各級傳動比的確定原則；齒輪傳動間隙消除的方法。難點(diǎn)5一、齒輪二、同步齒形帶傳動三、滾動螺旋傳動四、諧波齒輪減速器溫故知新?lián)尨穑糊X輪傳動的各級傳動比分配原則是什么？(1)最小等效轉(zhuǎn)動慣量原則(2)重量最輕原則(3)輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小原則新課導(dǎo)入思考：你能否舉出幾種常見的機(jī)械傳動系統(tǒng)來？齒輪傳動、帶傳動、滾珠花鍵等同步齒形帶傳動、滾動螺旋傳動、諧波齒輪減速器的原理。重點(diǎn)同步齒形帶傳動、滾動螺旋傳動、諧波齒輪減速器的原理。難點(diǎn)9一、齒輪二、同步齒形帶傳動三、滾動螺旋傳動四、諧波齒輪減速器10二、

同步齒形帶傳動

同步齒形帶傳動，是一種新型的帶傳動。它利用齒形帶的齒形與帶輪的輪齒依次相嚙合傳動運(yùn)動和動力。

11兼有帶傳動，齒輪傳動及鏈傳動的優(yōu)點(diǎn)，即無相對滑動，平均傳動比準(zhǔn)確，傳動精度高，而且齒形帶的強(qiáng)度高，厚度小，重量輕，故可用于高速傳動；齒型帶無需特別張緊，故作用在軸和軸承等上的載荷小，傳動效率高，在數(shù)控機(jī)械上亦有應(yīng)用。12

根據(jù)齒形的不同，同步齒形帶可以分成兩種。一種是梯形齒同步帶，另一種是圓弧齒同步帶。同步帶一般由承載繩、帶齒、帶背和包布層組成。（1）兼有帶傳動、齒輪傳動及鏈傳動的優(yōu)點(diǎn)，能方便的實(shí)現(xiàn)較遠(yuǎn)距離傳動且無相對滑動，平均傳動比較準(zhǔn)確。（2）傳動精度高，且?guī)У膹?qiáng)度高、厚度小、重量輕，用于低速及高速傳動，傳動效率高。（3）在使用中齒形帶不需張緊，作用在軸和軸承處的載荷小，傳動效率高，在數(shù)控機(jī)床和工業(yè)機(jī)器人中得到了廣泛應(yīng)用。特點(diǎn)：悉乏送尹哉官久月夸忍諺仲塵萬后珠凝咳值窯頒妮澤舷誅的圖挨滄幟威?！稒C(jī)電一體化》第2章《機(jī)電一體化》第2章14三、滾動螺旋傳動

知識點(diǎn)1：滾珠絲杠副工作原理與結(jié)構(gòu)

絲杠和螺母的螺紋滾道間有滾珠，當(dāng)絲杠或螺母轉(zhuǎn)動時，滾珠沿螺紋滾道滾動，相對運(yùn)動時產(chǎn)生滾動摩擦。在螺母的螺旋槽兩端設(shè)有回程引導(dǎo)裝置，與螺紋滾動形成循環(huán)回路。螺母滾珠絲杠回程引導(dǎo)裝置抱正仟籌瘤裴晶處瓢羔輛瑩閘蓬悼招綢酋勇兄宴塘滁蒂昨皇拙唁否倉坪態(tài)《機(jī)電一體化》第2章《機(jī)電一體化》第2章祝刃麓兜據(jù)硯紉苞淫寫蔽噴綁蹋幾爸弊莖據(jù)惦桐忱鉚崔要粟孿承滅秘卯元《機(jī)電一體化》第2章《機(jī)電一體化》第2章苫剩耳塹校蠻坎呼夕凍魄叢抿埔隊(duì)假二壇貓憫磐先悲唇秦猩帚諾東漚昆不《機(jī)電一體化》第2章《機(jī)電一體化》第2章18

1滾動螺旋傳動的特點(diǎn)

(1)運(yùn)動效率高,一般可達(dá)90%~95%。在伺服控制系統(tǒng)中采用滾動螺旋傳動,不僅可以提高傳動效率,而且可以減小啟動力矩、顫動及滯后時間。

(2)運(yùn)動精度高。由于其摩擦力小,工作時螺桿的熱變形小,螺桿尺寸穩(wěn)定,并且經(jīng)調(diào)整預(yù)緊后,可得到無間隙傳動,因而具有較高的傳動精度、定位精度和軸向剛度。

(3)具有傳動的可逆性,但不能自鎖。用于垂直升降傳動時,需附加制動裝置。

(4)制造工藝復(fù)雜,成本較高,但使用壽命長,維護(hù)簡單。內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)兩種。

(a)內(nèi)循環(huán)。內(nèi)循環(huán)方式的滾珠在循環(huán)過程中與絲杠表面保持接觸。優(yōu)點(diǎn)：回路短，流暢性好，效率高，徑向尺寸小缺點(diǎn)：反向器加工困難，裝配調(diào)整不方便。算蟻兵熟覺褒瓢陋縮斗邯天哼鵬籬豌吳薄謂猖煤塊餾虜扮朽斟侖爪鼓黎鐳《機(jī)電一體化》第2章《機(jī)電一體化》第2章知識點(diǎn)2：滾珠絲杠副中滾珠的循環(huán)方式忠識葵干娠絳纜差腫梨穢滴干褥浦大種教迸晨搽揍刀隘華捂堤炕坎胞角舀《機(jī)電一體化》第2章《機(jī)電一體化》第2章內(nèi)循環(huán)靜撥隧抱靶巢房稍兜亢降沛栗垣猙醫(yī)水恤皖李腿菜澇霄擾勝誰飄煽申增旦《機(jī)電一體化》第2章《機(jī)電一體化》第2章

(b)外循環(huán)。外循環(huán)方式中的滾珠在循環(huán)返回時,離開絲杠螺紋滾道，在螺母體內(nèi)或體外做循環(huán)運(yùn)動。從結(jié)構(gòu)上看，外循環(huán)有三種形式。端蓋式、螺旋槽式、插管式。都蛤凳腳攜犧貼九噶愚芝韋顧扳斥卿誼鉗守艙廊誼咨姚孫頂隅澀牟柔凜輯《機(jī)電一體化》第2章《機(jī)電一體化》第2章螺母套筒端蓋式示意圖在螺母上鉆出縱向孔，作為滾珠回程滾道，兩端有套筒蓋板。滾道吻接和彎曲處圓角不易準(zhǔn)確制作，而影響其性能。一般用作升降傳動機(jī)構(gòu)。皮殆醬哇煥河庚碴曲胺腦熏低晌置撮翠根謹(jǐn)濤叢臥錨雜碉澄騷娶貳像歉束《機(jī)電一體化》第2章《機(jī)電一體化》第2章端蓋式外循環(huán)申茫蔫欣顯坯氮津逮腦火燒沁浩份皂積眼辮筐瓶弓禽籽祖樹孔噓兒榴娜動《機(jī)電一體化》第2章《機(jī)電一體化》第2章套筒螺母滾珠擋珠器螺旋槽式示意圖在螺母的外圓表面洗出螺紋凹槽，槽的兩端鉆出兩個與螺紋滾道相切的通孔，兩個擋珠器。工藝簡單，徑向尺寸小，易于制造；擋珠器剛性差，易磨損。肝牢維邏寡迭霞喪譬粳很丹創(chuàng)涂雕則宇艦聳巍可韓哲鉻跨枷佑首灸菊粳琶《機(jī)電一體化》第2章《機(jī)電一體化》第2章螺旋槽式外循環(huán)懾砂恒新揉做刃柱抒榔幀楞釘陋加疆定民幫杭志間邱忿中縫扮奮檻椎廣抱《機(jī)電一體化》第2章《機(jī)電一體化》第2章彎管壓板螺紋滾道滾珠插管式示意圖用彎管代替螺紋凹槽，彎管的兩端插入與螺紋滾道相切兩個內(nèi)孔，用彎管的端部引導(dǎo)滾珠進(jìn)入彎管。結(jié)構(gòu)簡單，容易制造，但徑向尺寸較大，彎管端部比較容易磨損。群雛眾精劑宛竣次嘴幟魄至惰式車曬郁綿毆砧坎對享防惑埔棟寫繪寫咋豹《機(jī)電一體化》第2章《機(jī)電一體化》第2章圖3-23插管式外循環(huán)斤弦矮診蓮賃蒜淳翼淀居登域濃絢哺悍跨廁沈屏覺加遮嗅廄嵌天棠僧起扒《機(jī)電一體化》第2章《機(jī)電一體化》第2章

知識點(diǎn)3：滾珠絲杠副軸向間隙的調(diào)整和施加預(yù)緊力的方法滾珠絲杠副的軸向間隙：是承載時在滾珠與滾道型面接觸點(diǎn)的彈性變形所引起的螺母位移量和螺母原有間隙的總和。軸向間隙消除方法——雙螺母預(yù)緊法濤窒納斟圓琢股坡瓶俺詩充布儈洛欣錠丫意敘診三匪燭匪邵別淪婪藍(lán)帛槐《機(jī)電一體化》第2章《機(jī)電一體化》第2章3）標(biāo)注方法GB/T17587.1-2017規(guī)定了滾珠絲杠的標(biāo)識符號應(yīng)包括圖2-5給定順序排列的內(nèi)容進(jìn)行標(biāo)注。4）精度等級在GB/T17587.3—2017《滾珠絲杠副第3部分：驗(yàn)收條件和驗(yàn)收檢驗(yàn)》中，根據(jù)使用范圍及要求，將標(biāo)準(zhǔn)公差等級分為8級，即0、1、2、3、4、5、7、10。其中，標(biāo)準(zhǔn)公差等級2和4為不優(yōu)先采用的標(biāo)準(zhǔn)公差等級，且等級數(shù)越小，精度越高，性能越好。（2）滾珠絲杠副間隙調(diào)整法滾珠絲杠副的軸向間隙是工作時滾珠與滾道面接觸點(diǎn)的彈性變形引起的螺母位移量，它會影響反向傳動精度及系統(tǒng)的穩(wěn)定性。常用的消隙方法是雙螺母加預(yù)緊力（在調(diào)隙時，應(yīng)注意預(yù)緊力大小要適宜），基本能消除軸向間隙。1）雙螺母墊片式調(diào)隙調(diào)整墊片厚度使兩個螺母產(chǎn)生軸向相對位移，從而消除了幾何間隙、軸向間隙并施加預(yù)緊力。如圖2-6所示，特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，但調(diào)整不準(zhǔn)確。2）雙螺母螺紋式調(diào)隙雙螺母螺紋式調(diào)隙機(jī)構(gòu)由兩個螺母、絲杠及鎖緊螺母組成。右端螺母外部有凸臺頂在套筒３外，左端螺母制有螺紋并用兩個圓螺母１、２鎖緊，旋轉(zhuǎn)圓螺母2即可消除軸向間隙并施加一定的預(yù)緊力，然后用鎖緊螺母1鎖緊。預(yù)緊后兩個螺母內(nèi)的滾珠相向受力，從而消除了軸向間隙。如圖2-7所示，特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，調(diào)整方便，但不能精確調(diào)整。圖2-7雙螺母螺紋式調(diào)隙1－鎖緊螺母2－圓螺母3－套筒4－鍵5－滾珠6－絲杠3）雙螺母齒差式調(diào)隙雙螺母兩端制有圓柱齒輪（兩齒輪齒數(shù)相差1）并分別與內(nèi)齒輪嚙合。兩個內(nèi)齒輪分別固定在套筒１的兩端。調(diào)整時，先取下內(nèi)齒輪２，轉(zhuǎn)動螺母（兩個螺母相對套筒同一方向轉(zhuǎn)動同一個齒后固定）使之產(chǎn)生角位移，進(jìn)而形成軸向位移，消除軸向間隙并施加預(yù)緊力，然后合上內(nèi)齒輪。該調(diào)隙方法結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但工作精確可靠，可實(shí)現(xiàn)定量調(diào)整即進(jìn)行精密微調(diào)，調(diào)整精度高。如圖2-83）滾珠絲杠副的安裝滾珠絲杠的支承常采用以止推軸承為主的軸承組合，可以根據(jù)不同的工作環(huán)境選擇合適的軸承組合形式，進(jìn)而提高滾珠絲杠副的傳動精度和剛度。在設(shè)計(jì)時，可以單個或雙個軸承分別安裝在絲杠兩端并施加預(yù)緊力，也可以一端安裝單軸承一端安裝雙軸承。例如，在高精度的精密絲杠傳動系統(tǒng)中就采用止推軸承與深溝球軸承組合分別安裝在絲杠兩端。（4）滾珠絲杠副的設(shè)計(jì)（1）設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)條件：工作載荷F（單位N）或平均工作載荷Fm（單位N）；使用壽命Lh＇（單位h）絲杠工作長度L（單位m）；絲杠轉(zhuǎn)速n（單位r/min）滾道硬度及運(yùn)轉(zhuǎn)情況設(shè)計(jì)步驟：根據(jù)設(shè)計(jì)條件并經(jīng)過計(jì)算，選擇合適的滾珠絲杠參數(shù)。ａ）計(jì)算額定動載荷Ca＇（單位N）

Ca‘＝ＫＦＫＨＫＡＦｍ（式2-1）式中：ＫＦ———載荷系數(shù)，參見表2-4ＫＨ———硬度系數(shù)，參見表2-4ＫＡ———精度系數(shù)，參見表2-4表2-4滾珠絲杠副載荷、硬度、精度系數(shù)表載荷系數(shù)硬度系數(shù)精度系數(shù)

載荷性質(zhì)

ＫＦ滾道實(shí)際硬度HRCＫＨ精度等級ＫＡ≥581.0C、D1.0沖擊小平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)1.0～1.2551.11E、F1.1一般沖擊1.2～1.5501.56G1.25較大沖擊*振動1.5～2.5452.4H1.43ｂ）根據(jù)額定動載荷選擇滾珠絲杠副的相應(yīng)參數(shù)滾珠絲杠副的額定動載荷Ca≥Ca＇，查找參數(shù)表選擇合適的絲杠副參數(shù)，但各生產(chǎn)廠家的規(guī)格型號會略有不同。選擇的主要參數(shù)如下：公稱直徑D0、基本導(dǎo)程P、螺旋升角ψ、滾珠直徑db（可參見表2-5）表2-5滾珠絲杠副主要尺寸表主要尺寸公稱直徑基本導(dǎo)程螺旋升角滾珠直徑符號D0（單位mm）P（單位mm）ψ（單位°）db（單位mm）

參數(shù)30５３°２′3.175６３°39′3.96940６２°44′3.969８３°39′4.763

50６２°11′3.969８２°55′4.76310３°39′5.953

60８２°26′4.76310３°２′5.95312３°39′7.1448010２°17′5.95312２°44′7.144螺紋滾道半徑R＝（0.52～0.58）db

（式2-2）偏心距e＝（R－）sinα（接觸角α＝45°）（式2-3）絲杠內(nèi)徑d1＝D0＋２e－２R

（式2-4）ｃ）驗(yàn)算穩(wěn)定性要求安全系數(shù)Ｓ在2.5～4之間，絲杠工作最穩(wěn)定。S＝（式2-5）式中：臨界載荷Fcr＝Ｅ———絲杠材料彈性模量（鋼：E＝206GPa）Ｉa———絲杠危險截面的軸慣性矩（絲杠的Ｉa＝）μ———長度系數(shù)（μ＝１～２）ｄ）驗(yàn)算剛度導(dǎo)程的每米的變形量△L應(yīng)在規(guī)定的滾珠絲杠副導(dǎo)程精度公差（可參照表2-3）范圍內(nèi)。注意：(a)預(yù)緊力大小必須合適，應(yīng)不超過最大軸向負(fù)載的三分之一。

(b)要特別注意減小絲杠安裝部分的間隙，這些間隙用預(yù)緊的方法是無法消除的，而它對傳動精度有直接影響。胞凋州鉛蟹奔湛藏技奪慎鄲琢焉藉夷碟庸雀沼壯糟躇幅垣我幼酞雪淤攜臺《機(jī)電一體化》第2章《機(jī)電一體化》第2章齒輪傳動裝置齒輪傳動機(jī)構(gòu)具有較高的可靠性和耐久性，在機(jī)電一體化產(chǎn)品中得到廣泛應(yīng)用。齒輪傳動準(zhǔn)確可靠，平穩(wěn)性好，無側(cè)隙無回差，瞬時傳動比為常數(shù)，傳動效率高，速度范圍大，結(jié)構(gòu)緊湊，耐磨性好，壽命長。齒輪傳動裝置是轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向的變換器。它輸入高速、低轉(zhuǎn)矩，輸出低速、高轉(zhuǎn)矩，也稱它為齒輪減速裝置。機(jī)械傳動系統(tǒng)要求的伺服性能之一是響應(yīng)快，對齒輪傳動裝置而言，在同樣的驅(qū)動功率下，要求其加速度響應(yīng)最大。

當(dāng)最佳總傳動比i>1時，機(jī)械系統(tǒng)的加速度響應(yīng)最大。設(shè)電機(jī)軸上的加速轉(zhuǎn)矩為Ta，換算到電機(jī)軸上的阻抗力矩為則Ta=Tm－經(jīng)計(jì)算，可求得使負(fù)載加速度為最大的總傳動比值i。i

=若TLF＝０，i

=

要使伺服電機(jī)驅(qū)動負(fù)載產(chǎn)生的加速度最大，應(yīng)選擇合適的總傳動比。如圖2-9所示，轉(zhuǎn)矩為Tm、轉(zhuǎn)動慣量為Jm的直流伺服電機(jī)通過傳動比為i的齒輪減速器帶動轉(zhuǎn)矩為圖2-9電機(jī)驅(qū)動負(fù)載模型TLF轉(zhuǎn)動慣量為JL的機(jī)械負(fù)載。當(dāng)作用于負(fù)載的干擾很大時，為減小影響可選用較大的傳動比。（1）傳動比最佳分配原則當(dāng)設(shè)計(jì)齒輪傳動副時，除了計(jì)算出總傳動比外，當(dāng)選擇多級齒輪減速器時，還應(yīng)合理分配各級傳動比，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，提高效率和精度。1）等效轉(zhuǎn)動慣量最小原則采用此原則設(shè)計(jì)齒輪傳動裝置時，換算到電機(jī)軸上的等效轉(zhuǎn)動慣量為最小。小功率電動機(jī)驅(qū)動多級齒輪減速器時，各級齒輪傳動比可按“先大后小”次序分配。假設(shè)軸與軸承轉(zhuǎn)動慣量不計(jì)，則n級齒輪傳動副各級傳動比如下：

i

k=(k＝２，３，４，…，n)（式2-7）大功率電動機(jī)驅(qū)動負(fù)載及齒輪減速器時，（式2-7）不通用，但可以按“前小后大”原則分配。運(yùn)動平穩(wěn)，起停頻繁和動態(tài)性能良好的伺服系統(tǒng)減速齒輪系常采用此原則設(shè)計(jì)齒輪傳動系統(tǒng)。2）重量最輕原則按此原則設(shè)計(jì)的齒輪傳動裝置重量最輕。小功率傳動裝置各級傳動比相等（假定各主動小齒輪模數(shù)、齒數(shù)相同）即

i1＝i2＝…＝in

（式2-8）大功率傳動裝置不適用（式2-8），應(yīng)以“前大后小”原則分配。體積小重量輕的齒輪傳動系統(tǒng)常采用此原則。3）輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小原則

輸出軸總轉(zhuǎn)角誤差主要取決于最末一級齒輪的轉(zhuǎn)角誤差和傳動比的大小。各級傳動比可按“前小后大”原則分配，但末兩級傳動比應(yīng)大一些，進(jìn)而提高精度減少誤差。提高傳動精度和減小回程誤差為主的降速傳動齒輪系采用此原則設(shè)計(jì)。53（4）三種原則的選擇 在設(shè)計(jì)齒輪傳動裝置時,上述三條原則應(yīng)根據(jù)具體工作條件綜合考慮。

1）對于傳動精度要求高的降速齒輪傳動鏈,可按輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小原則設(shè)計(jì)。若為增速傳動,則應(yīng)在開始幾級就增速。

2）對于要求運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、啟停頻繁和動態(tài)性能好的降速傳動鏈,可按等效轉(zhuǎn)動慣量最小原則和輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小原則設(shè)計(jì)。

3）對于要求質(zhì)量盡可能小的降速傳動鏈,可按質(zhì)量最小原則設(shè)計(jì)。（2）調(diào)整間隙法齒輪傳動裝置在工作中產(chǎn)生的間隙（主要是齒側(cè)間隙）會影響到它的變向功能，降低傳動精度，影響系統(tǒng)穩(wěn)定性，所以應(yīng)采取一些措施消除。常見的齒輪傳動有圓柱齒輪傳動、斜齒輪傳動、錐齒輪傳動、齒輪齒條齒輪傳動等，它們消除間隙的方法有以下幾種：1）錯齒法通過一些中間元件（例如墊片、彈簧）或改進(jìn)結(jié)構(gòu)使兩嚙合齒輪錯齒，消除齒側(cè)間隙。錯齒法常見形式有：齒輪錯齒，消除齒側(cè)間隙。

a）墊片調(diào)整法

斜齒輪墊片調(diào)整法利用中間元件墊片使兩嚙合齒輪錯齒。如圖2-10所示，斜齒輪１與２、３嚙合。１為寬齒輪，２和３分別為兩個薄片斜齒輪，其中間加一墊片４。調(diào)節(jié)墊片厚度，使２和３在軸向分開一段距離，螺旋線錯開，消除齒側(cè)間隙，該方法結(jié)構(gòu)簡單，但調(diào)整費(fèi)時，而且齒側(cè)間隙不能補(bǔ)償。圖2-10斜齒薄片齒輪錯齒墊片調(diào)整法1－寬齒輪2、3－薄片斜齒輪4－墊片

圖2-11帶錐度齒輪墊片調(diào)整法

1、2－帶錐度圓柱齒輪3－墊片

軸向墊片調(diào)整法此方法是改進(jìn)兩嚙合圓柱齒輪結(jié)構(gòu)并利用墊片來調(diào)整間隙。如圖2-11所示，兩嚙合圓柱齒輪１、２改為沿軸線方向齒厚略有錐度，調(diào)節(jié)墊片３厚度，使齒輪１沿軸向移動，兩齒輪錯位，消除了齒側(cè)間隙。

b）彈簧調(diào)整法

雙片薄齒輪周向彈簧調(diào)整法雙片薄齒輪周向彈簧調(diào)整法也是采用兩個薄片圓柱齒輪與一個寬齒輪嚙合，一個薄齒輪的左側(cè)齒與另一個薄齒輪的右側(cè)齒分別與寬齒輪的左、右兩側(cè)齒槽相貼，在兩個薄片圓柱齒輪３和４上分別開有幾條周向圓弧槽，在它們的端面上安裝彈簧２和短柱１。在彈簧２作用下使３和４錯位來消除齒側(cè)間隙。由于周向圓槽及彈簧尺寸不能太大，所以調(diào)整受到限制。如圖2-12所示

斜齒輪軸向壓簧法如圖2-13所示，寬斜齒輪１與兩個薄片齒輪２、３嚙合，通過彈簧４使兩個薄片斜齒輪兩側(cè)面緊貼在斜齒輪１左右兩側(cè)面上。彈簧的壓力通過螺母５調(diào)節(jié)，２、３通過鍵６套在軸５上使軸向尺寸過大，但調(diào)整可以自動補(bǔ)償。

斜齒碟形彈簧調(diào)整法如圖2-14所示，寬齒輪１與兩薄片斜齒輪２、３嚙合，調(diào)節(jié)螺母６，通過墊片４，使碟形彈簧５彈性變形推動齒輪３沿軸向移動，兩齒輪錯齒，消除了齒側(cè)間隙。圖2-14薄片斜齒輪碟形彈簧調(diào)整法示意圖1—寬齒輪2、3—薄片斜齒輪4—螺母5—墊片6—碟形彈簧錯齒法還有雙圓柱薄片齒輪錯齒調(diào)整法，錐齒輪周向、軸向彈簧調(diào)整法等。2）偏心套法

如圖2-15所示，圓柱齒輪１與２嚙合，齒輪２裝在電動機(jī)３輸出軸上，電動機(jī)通過偏心套４裝在殼體5上。轉(zhuǎn)動偏心套可以調(diào)節(jié)徑向兩嚙合齒輪的中心距，進(jìn)而消除正反轉(zhuǎn)時直齒圓柱齒輪的齒側(cè)間隙及其造成的反轉(zhuǎn)回差。特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，但齒側(cè)間隙調(diào)整后不能自動補(bǔ)償。圖

圖2-15偏心軸套式調(diào)整法示意圖1、2—圓柱齒輪3—偏心套4—電動機(jī)5—?dú)んw學(xué)以致用分析下圖調(diào)整齒側(cè)間隙的原理，并說明是用什么方法調(diào)整的?？偨Y(jié)1.齒輪總傳動比：2.傳動比最佳分配原則:當(dāng)設(shè)計(jì)齒輪傳動副時,除了計(jì)算出總傳動比外,當(dāng)選擇多級齒輪減速器時,還應(yīng)合理分配各級傳動比,使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊,提高效率和精度。1)等效轉(zhuǎn)動慣量最小原則。2)重量最輕原則。3)輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小原則。3.調(diào)整間隙法:齒輪傳動裝置在工作中產(chǎn)生的間隙(主要是齒側(cè)間隙)會影響到它的變向功能,降低傳動精度,影響系統(tǒng)穩(wěn)定性,所以應(yīng)采取一些措施予以消除。常見的齒輪傳動有圓柱齒輪傳動、斜齒輪傳動、錐齒輪傳動、齒輪齒條傳動等,它們消除間隙的方法主要有錯齒法和偏心套法兩種。作業(yè)1.齒輪傳動鏈的級數(shù)和各級傳動比確定的三個基本原則是什么？如何選擇？64二、

同步齒形帶傳動

同步齒形帶傳動，是一種新型的帶傳動。它利用齒形帶的齒形與帶輪的輪齒依次相嚙合傳動運(yùn)動和動力。

65兼有帶傳動，齒輪傳動及鏈傳動的優(yōu)點(diǎn)，即無相對滑動，平均傳動比準(zhǔn)確，傳動精度高，而且齒形帶的強(qiáng)度高，厚度小，重量輕，故可用于高速傳動；齒型帶無需特別張緊，故作用在軸和軸承等上的載荷小，傳動效率高，在數(shù)控機(jī)械上亦有應(yīng)用。66

根據(jù)齒形的不同，同步齒形帶可以分成兩種。一種是梯形齒同步帶，另一種是圓弧齒同步帶。同步帶一般由承載繩、帶齒、帶背和包布層組成。（1）兼有帶傳動、齒輪傳動及鏈傳動的優(yōu)點(diǎn)，能方便的實(shí)現(xiàn)較遠(yuǎn)距離傳動且無相對滑動，平均傳動比較準(zhǔn)確。（2）傳動精度高，且?guī)У膹?qiáng)度高、厚度小、重量輕，用于低速及高速傳動，傳動效率高。（3）在使用中齒形帶不需張緊，作用在軸和軸承處的載荷小，傳動效率高，在數(shù)控機(jī)床和工業(yè)機(jī)器人中得到了廣泛應(yīng)用。特點(diǎn)：悉乏送尹哉官久月夸忍諺仲塵萬后珠凝咳值窯頒妮澤舷誅的圖挨滄幟威?！稒C(jī)電一體化》第2章《機(jī)電一體化》第2章68知識點(diǎn)1：基本組成四、諧波齒輪減速器諧波齒輪傳動是諧波齒輪行星傳動的簡稱。是一種少齒差行星傳動。通常由剛性圓柱齒輪G、柔性圓柱齒輪R、波發(fā)生器H和柔性軸承等零部件構(gòu)成。柔輪和剛輪的齒形有直線三角齒形和漸開線齒形兩種，以后者應(yīng)用較多。諧波齒輪傳動既可用做減速器，也可用做增速器。柔輪、剛輪、波發(fā)生器三者任何一個均可固定，其余二個一為主動，另一個為從動。波發(fā)生器H是一個桿狀部件，其兩端裝有滾動軸承構(gòu)成滾輪，與柔輪1的內(nèi)壁相互壓緊。柔輪為可產(chǎn)生較大彈性變形的薄壁齒輪，其內(nèi)孔直徑略小于波發(fā)生器的總長。70知識點(diǎn)2：工作原理

橢圓的長軸兩端產(chǎn)生了柔輪與剛輪輪齒的兩個局部嚙合區(qū)；同時在橢圓短軸兩端，兩輪輪齒則完全脫開。至于其余各處，則視柔輪回轉(zhuǎn)方向的不同，或處于嚙合狀態(tài)，或處于非嚙合狀態(tài)。當(dāng)波發(fā)生器連續(xù)轉(zhuǎn)動時，柔輪長短軸的位置不斷交化，從而使輪齒的嚙合處和脫開處也隨之不斷變化，于是在柔輪與剛輪之間就產(chǎn)生了相對位移，從而傳遞運(yùn)動。在傳動過程中，波發(fā)生器轉(zhuǎn)一周，柔輪上某點(diǎn)變形的循環(huán)次數(shù)稱為波數(shù)，以n表示。常用的是雙波和三波兩種。雙波傳動的柔輪應(yīng)力較小，結(jié)構(gòu)比較簡單，易于獲得大的傳動比。故為目前應(yīng)用最廣的一種。諧波齒輪傳動的柔輪和剛輪的周節(jié)相同，但齒數(shù)不等，通常采用剛輪與柔輪齒數(shù)差等于波數(shù)，即zG－zR=n

式中

zR、zG--分別為柔輪與剛輪的齒數(shù)。

諧波齒輪的傳動比計(jì)算在諧波齒輪傳動中，剛輪、柔輪和波發(fā)生器這三個基本構(gòu)件,其中任何一個都可作為主動件，而其余兩個中，一個作為從動件，一個作為固定件。當(dāng)剛輪固定、發(fā)生器主動、柔輪從動時，諧波齒輪傳動的傳動比為：i=-zG/(zG-zR)

負(fù)號表示柔輪的轉(zhuǎn)向與波發(fā)生器的轉(zhuǎn)向相反。雙波傳動中，zR－zG=2，柔輪齒數(shù)很多。由此可看出，諧波減速器可獲得很大的傳動比。構(gòu)件傳動比計(jì)算公式功能輸入與輸出的方向關(guān)系固定輸入輸出剛輪波發(fā)生器柔輪減速異向剛輪柔輪波發(fā)生器增速異向柔輪波發(fā)生器剛輪減速同向柔輪剛輪波發(fā)生器增速同向例如：剛輪固定，波發(fā)生器輸入，柔輪輸出。設(shè)柔輪齒數(shù)為200，剛輪齒數(shù)為202，則傳動比iHR===100。思考雙諧波齒輪的柔輪的齒數(shù)為ZR=80，鋼輪齒數(shù)ZG=100，波發(fā)生器轉(zhuǎn)速nH=1000r/min。試求（1）柔輪固定、波發(fā)生器輸入時，鋼輪的轉(zhuǎn)速。（2）鋼輪固定，波發(fā)生器輸入時，柔輪的轉(zhuǎn)速。3.諧波齒輪減速器的型號諧波齒輪減速器的型號由產(chǎn)品代號、規(guī)格代號和精度等級三部分組成，示例如下：XBD100?125?250?Ⅱ精度等級：Ⅰ為精密級，Ⅱ?yàn)槠胀壿敵鲛D(zhuǎn)矩為250N﹒m傳動比為125（每種機(jī)型有3～5種傳動比）柔輪內(nèi)徑為100mm產(chǎn)品代號：表示臥式雙軸伸縮型諧波齒輪減速器思考單級諧波齒輪傳動減速器的產(chǎn)品型號為XBD-100-125-150-Ⅱ,其中125代表傳動比優(yōu)點(diǎn)

①傳動比大；②承載能力高；③傳動精度高，基本無沖擊振動；柔輪和剛輪的齒側(cè)間隙是可調(diào)：當(dāng)柔輪的扭轉(zhuǎn)剛度較高時，可實(shí)現(xiàn)無側(cè)隙的高精度嚙合。④可以向密封空間傳遞運(yùn)動或動力；⑤傳動平穩(wěn)，傳動效率高；⑥結(jié)構(gòu)簡單、體積小、質(zhì)量輕?；谴陦睦首鍝娇ζ蹓羯碇夥リU棒角帛由稀拎捐蛙佳沼侶慚派吞氯欠渡仇《機(jī)電一體化》第2章《機(jī)電一體化》第2章知識點(diǎn)3：工作特點(diǎn)缺點(diǎn)

①柔輪和波發(fā)生器制造復(fù)雜，需要專門設(shè)備，成本較高。②傳動比下限值較高。③不能做成交叉軸和相交軸的結(jié)構(gòu)。應(yīng)用：諧波齒輪傳動主要應(yīng)用在大傳動比的（如機(jī)器人、雷達(dá)、電子儀器儀表等）機(jī)電一體化系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。粗眺苞赫鵝打部距匆霓徐逸廊琢賴鎳術(shù)溺孝判誠藉儉凱蟬摧帳本甩淖昨蝶《機(jī)電一體化》第2章《機(jī)電一體化》第2章支撐部件本節(jié)介紹軸系支撐機(jī)構(gòu)、直線運(yùn)動支承（導(dǎo)軌）、支承件(機(jī)身)等，這些內(nèi)容是掌握機(jī)電一體化系統(tǒng)支撐部件的核心內(nèi)容。2.3.1軸系支撐機(jī)構(gòu)軸系支撐機(jī)構(gòu)主要指滾動軸承、動、靜壓軸承、磁軸承等各種軸承。它的作用是支承作回轉(zhuǎn)運(yùn)動的軸或絲杠。隨著刀具材料和加工自動化的發(fā)展，主軸的轉(zhuǎn)速越來越高，變速范圍也越來越大。如中型數(shù)控機(jī)床和加工中心的主軸最高轉(zhuǎn)速可達(dá)到5000rad/min～6000rad/min，甚至更高，調(diào)速范圍達(dá)300～400。內(nèi)圓磨床為了達(dá)到足夠的磨削速度，磨削小孔的砂輪主軸轉(zhuǎn)速已高達(dá)240000rad/min。因此，對軸承的精度、承載能力、剛度、抗振性、壽命、轉(zhuǎn)速等提出了更高的要求，也逐漸出現(xiàn)了許多新型結(jié)構(gòu)的軸承。1.滾動軸承（1）標(biāo)準(zhǔn)滾動軸承標(biāo)準(zhǔn)滾動軸承的尺寸規(guī)格已標(biāo)準(zhǔn)化、系列化，由專門生產(chǎn)廠大量生產(chǎn)。使用時，主要根據(jù)剛度和轉(zhuǎn)速來選擇。如有要求，則還應(yīng)考慮其它因素，如承載能力、抗振性和噪聲等。近年來，為適應(yīng)各種不同的要求，還開發(fā)了不少新型軸承用于機(jī)電一體化系統(tǒng)。下面僅介紹其中的兩種。1）空心圓錐滾子軸承圖2?31所示是雙列和單列空心圓錐滾子軸承。一般將雙列（圖2?31a）的用于前支承，單列（圖2?31b）的用于后支承，配套使用。這種軸承與一般圓錐滾子軸承不同之處在于：滾子是中空的，保持架則是整體加工的，它與滾子之間沒有間隙，工作時潤滑油的大部分將被迫通過滾子中間的小孔，以便冷卻最不易散熱的滾子，潤滑油的另一部分則在滾子與滾道之間通過，起潤滑作用。此外，中空的滾子還具有一定的彈性變形能力，可吸收一部分振動。雙列軸承的兩列滾子數(shù)目相差一個，使兩列的剛度變化頻率不同，以抑制振動。單列軸承外圈上的彈簧用作預(yù)緊。這兩種軸承的外圈較寬，因此與箱體孔的配合可以松一些，箱體孔的圓度和圓柱度誤差對外圈滾道的影響較小。這種軸承用油潤滑，故常用于臥式主軸。（a）雙列空心圓錐滾子軸承（b）單列空心圓錐滾子軸承2）陶瓷滾動軸承陶瓷滾動軸承的結(jié)構(gòu)與一般滾動軸承相同。目前常用的陶瓷材料為Si3N4。由于陶瓷熱傳導(dǎo)率低、不易發(fā)熱、硬度高、時磨，在采用油脂潤滑的情況下，軸承內(nèi)徑為25mm～100mm時，主軸轉(zhuǎn)速可達(dá)8000rad/min～15000rad/min；在油霧潤滑的情況下，軸承內(nèi)徑在65mm～100mm時，主軸轉(zhuǎn)速可達(dá)15000rad/min～20500rad/min，在軸承內(nèi)徑為40mm～60mm時，主軸轉(zhuǎn)速可達(dá)20000～30000rad/min。陶瓷滾動軸承主要用于中、高速運(yùn)動主軸的支承。（2）非標(biāo)準(zhǔn)滾動軸承當(dāng)對軸承有特殊要求而又不可能采用標(biāo)準(zhǔn)滾動軸承時，就需根據(jù)使用要求自行設(shè)計(jì)非標(biāo)準(zhǔn)滾動軸承。1）微型滾動軸承如圖2?32所示的微型向心推力軸承，具有杯形外圈，尺寸D≥1.1mm，但沒有內(nèi)環(huán)，錐形軸頸直接與滾珠接觸，由彈簧或螺母調(diào)整軸承間隙。當(dāng)尺寸D>4mm時，可有內(nèi)環(huán)，如圖2?33（a）所示，采用碟形墊圈來消除軸承間隙。圖2?33（b）所示的軸承內(nèi)環(huán)可以與軸一起從外環(huán)和滾珠中取出，裝拆比較方便。

圖2?32微型向心推力軸承（a）（b）圖2?33微型滾動軸承2）密珠軸承密珠軸承是一種新型的滾動摩擦支承。它由內(nèi)、外圈和密集于二者間并具有過盈配合的鋼珠組成。它有兩種形式，即徑向軸承和推力軸承。密珠軸承的內(nèi)外滾道和止推面分別是形狀簡單的外圓柱面、內(nèi)圓柱面和平面，在滾道間密集地安裝有滾珠。滾珠在其尼龍保持架的空隙中以近似于多頭螺旋線的形式排列。每個滾珠公轉(zhuǎn)時均沿著自已的滾道滾動而互不干擾，以減少滾道的磨損。滾珠的密集還有助于減小滾珠幾何誤差對主軸軸線位置的影響，具有誤差平均效應(yīng)，有利于提高主軸精度。滾珠與內(nèi)、外圈之間保持有0.005～0.012mm的預(yù)加過盈量，以消除間隙，增加剛度，提高軸的回轉(zhuǎn)精度。2.動壓軸承動壓軸承是一種流體動力潤滑的閉式滑動軸承。在軸承工作時，帶錐形內(nèi)孔的軸承與軸承襯套工作面之間形成油楔，潤滑油產(chǎn)生動壓力。當(dāng)動壓力與軸承上的徑向載荷相平衡時，錐形軸套與軸承襯套被一層極薄的動壓油膜隔開，軸承在液體摩擦狀態(tài)下工作。人們習(xí)慣稱為動壓軸承為油膜軸承或液體摩擦軸承。動壓軸承由錐套、襯套、滾動止推軸承、回轉(zhuǎn)密封、軸端鎖緊裝置等部分組成；動壓軸承油膜壓力是靠軸本身旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的，供油系統(tǒng)簡單。設(shè)計(jì)良好的動壓軸承具有很長的使用壽命，很多軋機(jī)支撐輥上采用動壓軸承。動壓軸承與滾動軸承比較，動壓軸承有以下幾個特點(diǎn)：（1）摩擦系數(shù)小在穩(wěn)態(tài)工作時，摩擦系數(shù)為0.001～0.005，而一般青銅軸瓦或巴式合金滑動軸承的摩擦系數(shù)為0.03～0.1。（2）承載能力高，對沖擊載荷的敏感性小動壓軸承在其投影面積上的最高單位壓力可達(dá)2.2～2.5KN/cm2，在相同尺寸下，滾動軸承的承載能力卻小得多，且對沖擊載荷較敏感。（3）適合在高速下工作在軸頸線速度20～30m/s的情況下，仍能保證較高的軋制精度。（4）使用壽命長，軸承工作面的磨損接近于零在正常使用條件下，其壽命可達(dá)10～20年。而滾動軸承在高速重載下的工作壽命較低。（5）體積小，結(jié)構(gòu)緊湊在承載能力相同時，它的體積比滾動軸承小，在外形尺寸相同時，它的輥頸直徑大，軋輥的強(qiáng)度高。3.靜壓軸承靜壓軸承是流體摩擦支承的基本類型之一，它是在軸頸與軸承之間充有一定壓力的液體或氣體，將轉(zhuǎn)軸浮起并承受負(fù)荷的一種軸承。按支承承受負(fù)荷方向的不同，靜壓軸承?？煞譃橄蛐妮S承、推力軸承和向心推力軸承三種形式。（1）液體靜壓軸承液體靜壓系統(tǒng)由靜壓支承、節(jié)流器和供油裝置三部分組成。液體靜壓軸承與普通滑動和滾動軸承相比較，有以下特點(diǎn)：摩擦阻力小、傳動效率高、使用壽命長、轉(zhuǎn)速范圍廣、剛度大、抗振性好、回轉(zhuǎn)精度高；能適應(yīng)不同負(fù)荷、不同轉(zhuǎn)速的大型或中小型機(jī)機(jī)械設(shè)備的要求，但需有一套可靠的供油裝置，增大了設(shè)備的空間和重量。（2）氣體靜壓納承與液體靜壓軸承相比較，氣體靜壓軸承的主要優(yōu)點(diǎn)是：氣體的內(nèi)摩擦很小、粘度極低，故摩擦損失極小，不易發(fā)熱。因此，適用于要求轉(zhuǎn)速極高和靈敏度要求高的場合；又由于氣體理化性高度穩(wěn)定，因而可在支承材料許可的高溫、深冷、放射性等惡劣環(huán)境中正常工作；若采用空氣靜壓軸承，則空氣來源十分方便，對環(huán)境無污染；循環(huán)系統(tǒng)較液體靜壓軸承簡單。它的主要缺點(diǎn)是：負(fù)荷能力低，支承的加工精度和平衡精度要求高，所供氣體清潔度要求較高，需嚴(yán)格過濾?？偨Y(jié)1.同步齒形帶傳動：利用齒形帶的齒形與帶輪的輪齒依次相嚙合傳動運(yùn)動和動力，無相對滑動，平均傳動比準(zhǔn)確，傳動精度高，而且齒形帶的強(qiáng)度高，厚度小，重量輕，故可用于高速傳動；齒型帶無需特別張緊，故作用在軸和軸承等上的載荷小，傳動效率高，在數(shù)控機(jī)床上亦有應(yīng)用。2.滾珠絲杠副中滾珠的循環(huán)方式：內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)。軸向間隙的調(diào)整方法：墊片調(diào)隙式、螺紋調(diào)隙式、齒差調(diào)隙式3.諧波齒輪減速器的工作原理與適用場合。90舉例數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)都有哪幾種傳動方式？作業(yè)第三章第二節(jié)

位移測量傳感器3.1電容式位移傳感器返回主目錄本節(jié)課要學(xué)習(xí)的內(nèi)容？我是誰？從哪里來？到哪里去？這是一個哲學(xué)問題！自動門如何實(shí)現(xiàn)自動？位移傳感器！位移傳感器還有那些應(yīng)用？位移傳感器在工業(yè)生產(chǎn)生活中應(yīng)用廣泛！本節(jié)課要學(xué)習(xí)的內(nèi)容？我是誰？從哪里來？到哪里去？電容式位移傳感器的概念電容式位移傳感器的原理電容式位移傳感器的應(yīng)用本節(jié)課要解決的問題金屬板厚度監(jiān)測系統(tǒng)假設(shè)你是工程師，要設(shè)計(jì)一個金屬板厚度檢測系統(tǒng)，你選擇什么樣的位移傳感器？位移傳感器是用來測量位移、距離、尺寸、角度等幾何量，并將被測物理量轉(zhuǎn)換成電量的一種傳感器。被測量包括：偏心、間隙、位置、傾斜、彎曲、變形、移動、圓度、沖擊、偏心率、沖程、寬度等等?？梢苑譃榫€性位移測量和角位移測量。角位移傳感器位移傳感器什么是位移傳感器？光柵位移傳感器電容式位移傳感器電感式位移傳感器99模擬式位移傳感器 電感式位移傳感器，電容式位移傳感器，電阻式位移傳感器。100電容式傳感器是將被測物理量的位移轉(zhuǎn)換為電容量的變化，再通過配套的測量電路，將電容的變化轉(zhuǎn)換為電信號輸出。

式中：ε0——真空的介電常數(shù)，真空下等于8.85×10-12F/m；

S——極板的遮蓋面積；εr——極板間相對介電系數(shù)，空氣中約等于1；d0——兩平行極板間的距離。電容式傳感器可分為變極距型、變面積型和變介質(zhì)型3種類型。電容式位移傳感器基本原理1.變極距型電容傳感器設(shè)初始電容為：當(dāng)間隙d0減小Δd時,則電容量增大ΔC，則：電容的相對變化為：CΔdΔC1可見，電容C的相對變化與位移之間呈現(xiàn)的是一種非線性關(guān)系。電容的相對變化為：課堂思考：靈敏度是傳感器的重要性能指標(biāo)，該電容傳感器的靈敏度與什么有關(guān)？電容的相對變化為：與極距有關(guān)！當(dāng)時，將上式按泰勒級數(shù)展開，得：在誤差允許范圍內(nèi)通過略去高次項(xiàng)得到其近似的線性關(guān)系：電容傳感器的靜態(tài)靈敏度為靈敏度隨極板間距的減小而增大課堂思考：是否d0越小，傳感器就越好？答案是不一定的！傳感器還有一個性能指標(biāo)：非線性誤差！如果只考慮二次非線性項(xiàng)，忽略其它高次項(xiàng)，則得非線性誤差：由以上分析可知：變極距型電容式傳感器只有在Δd/d0很小時，才有近似的線性輸出。非線性隨極板間距的減小而增大存在什么問題？靈敏度和非線性誤差矛盾！Cdd0ΔdΔdΔC1ΔC2{{觀察電容與極距的關(guān)系圖，思考：當(dāng)兩個極距變化相同的信號輸入，輸出的信號是一樣的嗎？答案：不一樣！如何解決這些問題？為了提高靈敏度和減小非線性，以及克服某些外界條件如電源電壓、環(huán)境溫度變化的影響，常采用差動式的電容傳感器，其原理結(jié)構(gòu)如圖所示。工作時差動電容器總電容變化為：

當(dāng)時，將上式按泰勒級數(shù)展開，得：略去非線性高次項(xiàng)，得：變極距差動電容式傳感器的靈敏度K′為

變極距差動電容傳感器的非線性誤差

′L近似為

可見，電容式傳感器做成差動式結(jié)構(gòu)后，非線性誤差大大降低了，而靈敏度比單極距電容傳感器提高了一倍。與此同時，差動式電容傳感器還能減小靜電引力給測量帶來的影響，并有效的改善由于環(huán)境影響所造成的誤差。

位移傳感器工程應(yīng)用案例金屬板厚度監(jiān)測系統(tǒng)金屬板厚度監(jiān)測系統(tǒng)

金屬板厚度監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理如圖所示。差動電容傳感器！本案例中的用電容傳感器是什么類型的？思考1思考2能不能根據(jù)原理圖簡述本系統(tǒng)的工作原理？

由于差動電容器的兩塊相同固定極板安裝在被測帶材的上下兩邊，故與金屬帶材構(gòu)成兩個電容Cx1和Cx2。把兩塊固定極板用導(dǎo)線連結(jié)起來，作為一個極板，而帶材作為電容器的另一極板，則電容Cx1和Cx2為并聯(lián)。顯然，其總電容Cx為

金屬帶材在軋制過程中不斷向前送進(jìn)，如果帶材厚度發(fā)生變化，它將引起上、下兩個極板間距變化，即引起兩個電容Cx1和Cx2電容量的變化。從而引起總電容Cx的變化。把這個變化量△Cx測量出來就可知道帶材厚度的變化。也就可以知道帶材的厚度。這種測厚儀的優(yōu)點(diǎn)是帶材的振動不影響測量精度。(7-61)2.變面積型電容位移傳感器變面積型電容位移傳感器的典型結(jié)構(gòu)如圖7-23所示。

變面積型電容位移傳感器知識拓展

（1）用于線位移測量的電容式傳感器當(dāng)動極板移動后,極板相對有效面積發(fā)生變化，對應(yīng)的電容值為：靈敏度：靈敏度為常數(shù)（2）用于角位移測量的電容式傳感器當(dāng)動片有一角位移

時，兩極板間的覆蓋面積就改變，從而改變了電容量。

當(dāng)轉(zhuǎn)動

角時，

當(dāng)

=0時，靈敏度：角位移式電容傳感器的輸出特性是線性的，靈敏度K為常數(shù)。3.變介質(zhì)型電容位移傳感器變介質(zhì)型電容位移傳感器的典型結(jié)構(gòu)如圖所示。

變介質(zhì)型電容位移傳感器

設(shè)它的有效工作面積為A0，極距為d0，原始介質(zhì)的相對介電常數(shù)為εr1，現(xiàn)將相對介電常數(shù)為εr2的介質(zhì)以x的深度插入電容器中，從而改變了電容器中的電介質(zhì)。也就改變了電容的大小。若原始電介質(zhì)的相對介電常數(shù)εr1=1，設(shè)x=0時的初始電容量C0=ε0εr1A0/d0，則相對介電常數(shù)為εr2的介質(zhì)插入極板間x深度后，引起電容的相對變化量為由此可見，電容的變化量與相對介電常數(shù)為εr2的介質(zhì)移動量x也呈線性關(guān)系。(7-34)根據(jù)電容的計(jì)算公式可知，該電容器的電容量Cx為式中，l0為電容傳感器矩形極板的長度。(7-33)課堂小結(jié)：1.電容傳感器的類型2.變極距差動電容式傳感器的靈敏度K′3.變極距差動電容傳感器的非線性誤差

′L近似為4.變面積型電容位移傳感器布置作業(yè)：變極距型差動電容傳感器的靈敏度和非線性度有什么特點(diǎn)？溫故知新?lián)尨穑簽槭裁床顒幼儤O距型電容位移傳感器的精度是普通的變極距電容傳感器的2倍？差動式的電容傳感器，其原理結(jié)構(gòu)如圖所示。1.電容傳感器的類型2.變極距差動電容式傳感器的靈敏度K′3.變極距差動電容傳感器的非線性誤差

′L近似為4.變面積型電容位移傳感器溫故知新5.變介質(zhì)型電容位移傳感器輸出特性是線性的，靈敏度K為常數(shù)。新課導(dǎo)入位移傳感器在工業(yè)中的應(yīng)用比較多。123一、機(jī)械量傳感器分類傳感器通常是非電物理量轉(zhuǎn)換為與之有確定對應(yīng)關(guān)系的電量輸出的器件或裝置。

3.1傳感器的分類及特性124按被測物理量分為：位移傳感器、速度傳感器、加速度傳感、力傳感器、力矩傳感器等。壓力傳感器扭矩傳感器角位移傳感器位移傳感器一、機(jī)械量傳感器分類光柵位移傳感器1253.2位移測量傳感器

3.2.1模擬式位移傳感器 電感式位移傳感器，電容式位移傳感器，電阻式位移傳感器。

電感式位移傳感器電感式位移傳感器工作原理把被測位移變化轉(zhuǎn)變?yōu)榫€圈自感系數(shù)變化的傳感器稱作自感式位移傳感器。因?yàn)樽愿邢禂?shù)常稱作電感系數(shù)，所以自感式位移傳感器也常稱作電感式位移傳感器。由物理學(xué)磁知識知，一個匝數(shù)為N的線圈，其自感系數(shù)L為式中，Rm為線圈磁路總磁阻。式(7?3)表明，當(dāng)匝數(shù)N確定后，自感系數(shù)L僅是磁阻Rm的函數(shù)。而自感式位移傳感器就是通過改變磁路的磁阻來實(shí)現(xiàn)自感系數(shù)變化的，故又把它稱作變磁阻式位移傳感器。(7-3)如右圖所示，當(dāng)鐵芯與銜鐵之間有很小空氣隙δ時可以認(rèn)為氣隙間磁場是均勻的，磁路是封閉的。不考慮磁路損失時，總磁阻是第一項(xiàng)為導(dǎo)磁材料的磁阻（）；第二項(xiàng)為氣隙的磁阻（）；li-鐵磁材料各段長度（mm）Si-相應(yīng)各段的截面積（mm2）μi-各段磁導(dǎo)率δ-氣隙厚度（mm）；S-氣隙截面積（mm2）；μ0-空氣磁導(dǎo)率由于μi>>μ0，所以，根據(jù)被測位移改變磁阻的方式，它又分為變氣隙型、變面積型和螺線管型三種。圖3-4是單自感式位移傳感器的基本結(jié)構(gòu)示意圖。在這三種類型中最常用的是變氣隙型和螺線管型兩種，現(xiàn)分別介紹如下。圖3-4單自感式位移傳感器的基本結(jié)構(gòu)示意圖1.變氣隙型自感式位移傳感器變氣隙型單自感式位移傳感器的基本結(jié)構(gòu)如圖3-4(a)所示。該傳感器的自感系數(shù)L為(3-4)圖3-4(a)變氣隙型式中，N為線圈的匝數(shù)；δ為氣隙磁路的長度；A0為中間氣隙磁路的橫截面積；μ0為空氣的磁導(dǎo)率（μ0=4π×10-7H/m）。假設(shè)該傳感器的初始?xì)庀稙棣?，則初始電感量L0為當(dāng)被測運(yùn)動部件與銜鐵剛性相連時，若被測運(yùn)動部件使銜鐵向上移動了x，即δ=δ0–x，將它代入式(3-4)整理得電感系數(shù)L為當(dāng)x/δ0<<1時，分母1-(x/δ0)2≈1，忽略分母中的(x/δ0)2項(xiàng)得式(3-7)表明，變氣隙型單自感式位移傳感器的電感L與位移x呈近似線性關(guān)系。因此，它適合于測量微小位移的場合。(3-5)(3-6)(3-7)為了提高靈敏度和減小非線性誤差，通常把它做成差動形式。變氣隙型差動自感式位移傳感器的結(jié)構(gòu)如圖3-5所示。它由兩個相同的線圈和磁路組成，當(dāng)位于中間的銜鐵上下移動時，上下兩個線圈的電感量，一個增加一個減少，形成差動形式。變氣隙型差動自感式位移傳感器與變氣隙型單自感式位移傳感器相比，靈敏度提高了一倍，并且非線性誤差也大大減少。圖7-5變氣隙型差動自感傳感器結(jié)構(gòu)變氣隙型自感式傳感器的最大優(yōu)點(diǎn)是：靈敏度高；其主要缺點(diǎn)是：線性范圍小、自由行程小、制造裝配困難、互換性差，因而限制了它的應(yīng)用。3.螺線管型自感式位移傳感器螺線管型自感式位移傳感器的結(jié)構(gòu)也有單自感和差動式兩種，圖3-4(c)是螺線管型單自感式位移傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。假設(shè)螺線管的內(nèi)半徑為rs，長度為ls，活動銜鐵的半徑為r0，插入螺線管線圈的長度為l，當(dāng)ls>>rs時，可認(rèn)為螺線管內(nèi)為勻強(qiáng)磁場，忽略邊沿效應(yīng)，則螺線管電感L的計(jì)算公式為式中，V為螺線管內(nèi)空間的體積；n為線圈單位長度上的匝數(shù)；μ為螺線管內(nèi)空間介質(zhì)的磁導(dǎo)率。(3-8)根據(jù)式(3-8)可推導(dǎo)出圖(c)中螺線管線圈的電感系數(shù)L為式中，μ0為空氣的磁導(dǎo)率；μr為活動銜鐵的相對磁導(dǎo)率；N為螺線管線圈的匝數(shù)。若活動銜鐵插入線圈的初始深度為l0，當(dāng)銜鐵在螺線管線圈中向上移動了x，即l=l0+x時，將它代入式(3-9)得由式(3-10)可知，當(dāng)螺線管的結(jié)構(gòu)參數(shù)確定后，自感L與位移x呈線性關(guān)系。但由于實(shí)際螺線管內(nèi)磁場不完全均勻及存在邊沿效應(yīng)等因素，所以實(shí)際的自感L與位移x呈近似線性關(guān)系。(3-10)

圖3-6螺線管型差動自感式位移傳感器結(jié)構(gòu)為了減少非線性誤差，實(shí)際制作時通常取l0=ls/2。這種傳感器的優(yōu)點(diǎn)是量程大、結(jié)構(gòu)簡單、便于制作；缺點(diǎn)是靈敏度比較低，且有一定的非線性。一般用于測量精度要求不是很高，且檢測量程比較大的線位移情況。為了提高靈敏度，減少非線性誤差，通常把它做成差動形式，圖3-6是螺線管型差動自感式位移傳感器的結(jié)構(gòu)圖。它由兩個完全相同的螺線管組合而成。顯然，當(dāng)銜鐵處于兩個螺線管相連的中心位置時，兩邊的螺線管電感量相等。當(dāng)銜鐵偏離中心位置時，左右兩個線圈的電感量，一個增加一個減少，形成差動形式。同樣可以證明，螺線管型差動自感式位移傳感器與螺線管型單自感式位移傳感器相比，靈敏度提高了一倍，并且非線性誤差也大大減少。圖3-6螺線管型差動自感式位移傳感器結(jié)構(gòu)電感傳感器的應(yīng)用1.電感測微儀圖3-19為差動自感測微儀方框圖，它的主要部件是螺線管型差動自感式位移傳感器、電阻式差動交流電橋測量電路、交流放大器，相敏檢波器、振蕩器、穩(wěn)壓電源及顯示器等。圖3-19差動自感測微儀方框圖2.電感式紙頁厚度測量儀自感式紙張厚度測量儀結(jié)構(gòu)如圖3-20所示。圖中E形鐵芯和線圈構(gòu)成電感測量頭，銜鐵實(shí)際上是一塊鐵質(zhì)或鋼質(zhì)的平板，在工作過程中板狀銜鐵是固定不動的，被測紙張位于E形鐵芯與板狀銜鐵之間，磁力線從上部的E形鐵芯通過紙張而到達(dá)下部的銜鐵。。圖3-20自感式紙張厚度測量儀結(jié)構(gòu)圖可以證明，該交流毫安表的讀數(shù)與鐵芯與銜鐵之間的氣隙大小成正比關(guān)系，亦即與紙張的厚度成正比關(guān)系。

光柵位移傳感器由大量等寬等間距的平行狹縫組成的光學(xué)器件稱為光柵，如圖4-9所示。光柵的刻痕密度一般為每毫米10、25、50、100、250線?？毯壑g的距離稱為柵距W。設(shè)刻痕寬度為a，狹縫寬度為b，則，一般情況下取圖4-9光柵

光柵的概念139用玻璃制成的光柵稱為透射光柵，它是在透明玻璃上刻出大量等寬等間距的平行刻痕，每條刻痕處是不透光的，而兩刻痕之間是透光的140用不銹鋼制成的光柵稱為反射式光柵141光柵位移傳感器的工作原理—莫爾條紋莫爾條紋——如果把兩塊柵距W相等的光柵面平行安裝，且讓它們的刻痕之間有較小的夾角θ，這時光柵上會出現(xiàn)若干條明暗相間的條紋，這種條紋稱莫爾條紋，如圖4-10所示。莫爾條紋是光柵非重合部分光線透過而形成的亮帶，它由一系列四棱形圖案組成，圖4-10中d-d線區(qū)所示。f-f線區(qū)則是由于光柵的遮光效應(yīng)形成的。

圖4-10莫爾條紋142θW莫爾條紋演示指示光柵主光柵143圖4-10莫爾條紋144例如θ=30′，則K=115，表明莫爾條紋的放大倍數(shù)相當(dāng)大。當(dāng)θ=0.1o時，K=573這樣，就可以把肉眼看不到的光柵位移變成為清晰可見的莫爾條紋移動，可以用測量條紋的位移來檢測光柵的位移，從而實(shí)現(xiàn)高靈敏度的位移測量。145課堂練習(xí)光柵的條紋密度是50條/mm，光柵條紋間的夾角θ=0.001孤度，則莫爾條紋的寬度是20mm光柵位移傳感器的結(jié)構(gòu)光柵位移傳感器的結(jié)構(gòu)及工作原理如圖4-11所示。它主要由主光柵、指示光柵、光源和光電器件等組成，其中主光柵和被測物體相連，它隨被測物體的直線位移而產(chǎn)生移動。當(dāng)主光柵產(chǎn)生位移時，莫爾條紋便隨著產(chǎn)生位移，若用光電器件記錄莫爾條紋通過某點(diǎn)的數(shù)目，便可知主光柵移動的距離，也就測得了被測物體的位移量。利用上述原理，通過多個光敏器件對莫爾條紋信號的內(nèi)插細(xì)分，便可檢測出比光柵距還小的位移量及被測物體的移動方向。圖4-11光柵位移傳感器的結(jié)構(gòu)原理圖147

圖4-11b）光柵位移傳感器外形圖148

光柵位移傳感器的特點(diǎn)及應(yīng)用由于莫爾條紋是明暗交替的，當(dāng)莫爾條紋上下移動時，只要用光敏元件檢測出來明、暗的變化，就可得知位移的大小，實(shí)現(xiàn)測量結(jié)果的二值化。另外莫爾條紋是由光柵的大量刻線形成的，對刻線誤差有平均作用，能在很大程度上消除刻線不均勻引起的誤差。由于光柵位移傳感器測量精度高（分辨率為0.1μm）、動態(tài)測量范圍廣（0～1000mm），可進(jìn)行無接觸測量，而且容易實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動化和數(shù)字化，因而在機(jī)械工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用，特別是在量具、數(shù)控機(jī)床的閉環(huán)反饋控制、工作主機(jī)的坐標(biāo)測量等方面，光柵位移傳感器都起著重要的作用。圖3-12所示為光柵位移傳感器在機(jī)床加工方面的應(yīng)用實(shí)例。149

150151

學(xué)習(xí)內(nèi)容一、常見的速度傳感器1.磁電感應(yīng)式速度傳感器2.測速發(fā)電機(jī)3.電渦流式轉(zhuǎn)速傳感器

二、光電編碼器

1523.4速度、加速度傳感器

3.4.1速度傳感器

能感受被測速度并轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的傳感器。A.從物體運(yùn)動的形式來看，速度的測量分為線速度測量和角速度測量；B.從運(yùn)動速度的參考基準(zhǔn)來看分為絕對速度測量和相對速度的測量；C.從速度的數(shù)值特征來看分為平均速度測量和瞬時速度測量；D.從獲取物體運(yùn)動速度的方式來看分為直接速度測量和間接速度測量。

線速度的計(jì)量單位通常用m/s；在工程上通常用km/s。常見的速度傳感器1.磁電感應(yīng)式速度傳感器2.測速發(fā)電機(jī)3.電渦流式轉(zhuǎn)速傳感器4.霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器PARTTWO1.磁電感應(yīng)式速度傳感器根據(jù)工作原理的不同：（1）動圈式結(jié)構(gòu)類型磁電感應(yīng)式傳感器（2）動鐵式結(jié)構(gòu)類型磁電感應(yīng)式傳感器磁電式傳感器簡稱感應(yīng)式傳感器，也成為電動式傳感器。利用導(dǎo)體和磁場發(fā)生相對運(yùn)動產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，是一種將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能的轉(zhuǎn)換器，不需要外部供電電源。磁電式傳感器的工作原理法拉第電磁感應(yīng)定律：k為比例系數(shù)，E為感應(yīng)電勢，Φ為磁通。k＝1，這時感應(yīng)電勢為：

整個線圈中所產(chǎn)生的電動勢為：B：穩(wěn)恒均勻磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度A、l導(dǎo)體有效橫截面積及長度v、ω導(dǎo)體相對磁場的運(yùn)動速度根據(jù)工作原理的不同：（1）動圈式結(jié)構(gòu)類型磁電感應(yīng)式傳感器（2）動鐵式結(jié)構(gòu)類型磁電感應(yīng)式傳感器動圈式結(jié)構(gòu)類型磁電感應(yīng)式傳感器原理如果在線圈運(yùn)動部分的磁場強(qiáng)度B是均勻的，則當(dāng)線圈與磁場的相對速度為υ時，線圈的感應(yīng)電動勢：

式中B為磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度，為單匝線圈有效長度，N為線圈匝數(shù)，α為運(yùn)動方向與磁場方向間夾角當(dāng)α＝90°，線圈的感應(yīng)電動勢為：圖5.1.1動圈式磁電傳感器原理圖（2）動鐵式結(jié)構(gòu)類型磁電感應(yīng)式傳感器原理與動磁式磁電感應(yīng)傳感器相同，但是由于相對運(yùn)動的機(jī)構(gòu)不同，有式中：B為磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度la為單匝線圈有效長度N為線圈匝數(shù)α為運(yùn)動方向與磁場方向間夾角磁電式轉(zhuǎn)速傳感器的工作原理

當(dāng)安裝在被測轉(zhuǎn)軸上的齒輪旋轉(zhuǎn)時，其齒依次通過永久磁鐵兩磁極間的間隙，使磁路的磁阻和磁通發(fā)生周期性變化，從而在線圈上感應(yīng)出頻率和幅值均與軸轉(zhuǎn)速成此例的交流電壓信號u0。優(yōu)點(diǎn)：它只適合進(jìn)行動態(tài)測量，電路簡單，輸出功率較大，零位及性能穩(wěn)定，輸出阻抗小，又具有一定的頻率響應(yīng)范圍。缺點(diǎn)：尺寸以及重量較大。適用范圍：可以用于振動、轉(zhuǎn)速、扭矩等測量。優(yōu)缺點(diǎn)及使用范圍2.測速發(fā)電機(jī)測速發(fā)電機(jī)測速發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)和直流伺服電動機(jī)基本相似。NS+-n直流電機(jī)定子轉(zhuǎn)子空氣隙定子鐵心勵磁繞組機(jī)殼端蓋電刷電樞繞組電樞鐵心換向器轉(zhuǎn)軸

導(dǎo)體在磁場中的運(yùn)動，電刷兩端的感應(yīng)電勢：一、工作原理B：穩(wěn)恒均勻磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度l導(dǎo)體有效橫截面積及長度v轉(zhuǎn)子相對磁場的運(yùn)動速度

由上可知：1.電刷兩端的感應(yīng)電勢與電機(jī)的轉(zhuǎn)速成正比。2.直流發(fā)電機(jī)能夠把轉(zhuǎn)速信號換成電勢信號，從而用來測速。?直流測速發(fā)電機(jī)在自動控制系統(tǒng)和計(jì)算裝置中可以作為測速元件、校正元件、解算元件和角加速度信號元件。如：由于該發(fā)電機(jī)發(fā)出的電壓和轉(zhuǎn)速有關(guān)，所以檢測出它的電壓就可達(dá)到測電機(jī)速度的目的;同時該電壓送去解碼后，用于對該電機(jī)的恒速控制。3.電渦流式轉(zhuǎn)速傳感器電渦流測轉(zhuǎn)速傳感器是在速度分析測量中，特別是對非接觸的轉(zhuǎn)動、位移信號，能連續(xù)準(zhǔn)確地采集到振動、轉(zhuǎn)動等軌跡運(yùn)動的多種參數(shù)的一種傳感器。電渦流測轉(zhuǎn)速傳感器

光電編碼器

光電編碼器分為絕對式編碼器和增量式編碼器兩種。光電編碼器是按光學(xué)和光電原理制成的器件，它由光源、碼盤、光敏元件及電路部分組成。碼盤上有若干透光部分和不透光部分，當(dāng)光通過碼盤上的透光部分時，光敏元件便接收到光信號，將光信號轉(zhuǎn)換成電信號，而在不透光部分則接收不到光信號，如圖2-22所示。當(dāng)碼盤旋轉(zhuǎn)時，便可接收到一系列的脈沖或數(shù)字信號，這些信號就反映了旋轉(zhuǎn)的運(yùn)動參數(shù)。圖2-22

編碼器的碼盤1.絕對式編碼器絕對式編碼器是一種能直接測量角位移的傳感器，圖2-22（a）為4位絕對式二進(jìn)制編碼器的碼盤。在碼盤的圓周方向上有4條由透光和不透光部分組成的碼道，而在徑向上將碼盤分成了16個扇區(qū)，在碼盤的一側(cè)有4個光敏元件，每個光敏元件對應(yīng)一條碼道。當(dāng)光電編碼器處于某一位置時，該扇區(qū)上的不透明部分對應(yīng)的光敏元件輸出1（設(shè)不透明部分為1），而透明部分對應(yīng)的光敏元件輸出0。則這4位二進(jìn)制數(shù)字就表示了該扇區(qū)的位置。可以看出各個扇區(qū)分別代表了0000，0001，…，1110，1111這16個角度。2.增量式編碼器增量式編碼器利用計(jì)數(shù)裝置將旋轉(zhuǎn)碼盤產(chǎn)生的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)來獲取運(yùn)動參數(shù)。圖2-22（b）為增量式編碼器的碼盤。相對于絕對式編碼器而言，增量式編碼器結(jié)構(gòu)簡單、成本低，所以應(yīng)用更為廣泛。其原理和光柵相同，在碼盤的圓周方向上刻有若干條透明的線條，當(dāng)光線通過時便可產(chǎn)生相應(yīng)的電脈沖，計(jì)數(shù)裝置只要完成計(jì)數(shù)即可。增量式編碼器有兩種，一種只有一條碼道，通常用來測量旋轉(zhuǎn)速度，但無法辨別方向；另一種能夠分辨旋轉(zhuǎn)方向和零點(diǎn)參考位置。增量式碼盤上通?？逃?條碼道，分別為A相、B相和Z相，其中A相和B相碼道相位上相差π/2，用來檢測方向，而Z相用來檢測零點(diǎn)參考位置，這種增量式編碼器可以用來測量位移、速度等運(yùn)動參數(shù)。因此圓盤每轉(zhuǎn)一周，光電器件就輸出與圓盤縫隙數(shù)相等的電脈沖，據(jù)測量單位時間內(nèi)的脈沖數(shù)N，則可測出轉(zhuǎn)速為式中：Z—圓盤上的縫隙數(shù)；

n—轉(zhuǎn)速（rad/min）；

T—測量時間（s）。一般取Z=60×10m（m=0，1，2·····），利用兩組縫隙間距W相同，位置相差，i=0，1，2······的指示縫隙和兩個電光器件，則可辨別出圓盤的旋轉(zhuǎn)方向。壓電式加速度傳感器壓阻式加速度傳感器電容式加速度傳感器伺服式加速度傳感器加速度傳感器的分類某些晶體在一定方向上受力變形時，其內(nèi)部會產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時在它的兩個表面上產(chǎn)生符號相反的電荷；當(dāng)外力去除后，又重新恢復(fù)到不帶電狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為“壓電效應(yīng)”。具有“壓電效應(yīng)”的晶體稱為壓電晶體。常用的壓電晶體有石英、壓電陶瓷等。壓電式加速度傳感器工作原理壓電式加速度傳感器是基于壓電晶體的壓電效應(yīng)工作的。圖4壓電效應(yīng)原理圖壓電式加速度傳感器優(yōu)缺點(diǎn)它的優(yōu)點(diǎn)是頻帶寬、靈敏度高、信噪比高、結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠和重量輕等。缺點(diǎn)是某些壓電材料需要防潮措施，而且輸出的直流響應(yīng)差，需要采用高輸入阻抗電路或電荷放大器來克服這一缺陷。圖6壓電式j(luò)加速度傳感器壓電式加速度傳感器在現(xiàn)代生產(chǎn)生活中被應(yīng)用于許許多多的方面，如提電腦的硬盤抗摔保護(hù)，目前用的數(shù)碼相機(jī)和攝像機(jī)里，也有加速度傳感器，用來檢測拍攝時候的手部的振動，并根據(jù)這些振動，自動調(diào)節(jié)相機(jī)的聚焦壓電式加速度傳感器應(yīng)用圖7攝像機(jī)圖8電腦硬盤壓阻式加速度傳感器是最早開發(fā)的硅微加速度傳感器（基于MEMS硅微加工技術(shù)），壓阻式加速度傳感器的彈性元件一般采用硅梁外加質(zhì)量塊，質(zhì)量塊由懸臂梁支撐，并在懸臂梁上制作電阻，連接成測量電橋。在慣性力作用下質(zhì)量塊上下運(yùn)動，懸臂梁上電阻的阻值隨應(yīng)力的作用而發(fā)生變化，引起測量電橋輸出電壓變化，以此實(shí)現(xiàn)對加速度的測量。壓阻式加速度傳感器原理圖9壓阻式加速度傳感器原理圖壓阻式加速度傳感器優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：體積小、頻率范圍寬、測量加速度的范圍寬，直接輸出電壓信號，不需要復(fù)雜的電路接口，大批量生產(chǎn)時價格低廉，可重復(fù)生產(chǎn)性好，可直接測量連續(xù)的加速度和穩(wěn)態(tài)加速度.缺點(diǎn)：對溫度的漂移較大，對安裝和其它應(yīng)力也較敏感，它不具備某些低gn值測量時所需的準(zhǔn)確度。圖12壓阻式加速度傳感器壓阻式加速度傳感器已用在步進(jìn)電機(jī)作為動力機(jī)械的控制系統(tǒng)中。廣泛應(yīng)用于汽車碰撞實(shí)驗(yàn)、測試儀器、設(shè)備振動監(jiān)測等領(lǐng)域。壓阻式加速度傳感器應(yīng)用圖13步進(jìn)電機(jī)圖14繪圖機(jī)電容式加速度傳感器，具有電路結(jié)構(gòu)簡單，頻率范圍寬約為0～450Hz，線性度小于1%，靈敏度高，輸出穩(wěn)定，溫度漂移小，測量誤差小，穩(wěn)態(tài)響應(yīng)，輸出阻抗低，輸出電量與振動加速度的關(guān)系式簡單方便易于計(jì)算等優(yōu)點(diǎn)，具有較高的實(shí)際應(yīng)用價值。但不足之處表現(xiàn)在信號的輸入與輸出為非線性，量程有限，受電纜的電容影響，以及電容傳感器本身是高阻抗信號源，因此電容傳感器的輸出信號往往需通過后繼電路給于改善電容式加速度傳感器優(yōu)缺點(diǎn)圖17電容式加速度傳感器在某些領(lǐng)域無可替代，如安全氣囊，手機(jī)移動設(shè)備等。

電容式加速度傳感器應(yīng)用圖19手機(jī)圖18安全氣囊當(dāng)被測振動物體通過加速度計(jì)殼體有加速度輸入時，質(zhì)量塊偏離靜平衡位置，位移傳感器檢測出位移信號，經(jīng)伺服放大器放大后輸出電流，該電流流過電磁線圈，從而在永久磁鐵的磁場中產(chǎn)生電磁恢復(fù)力，迫使質(zhì)量塊回到原來的靜平衡位置，即加速度計(jì)工作在閉環(huán)狀態(tài)，傳感器輸出與加速度計(jì)成一定比例的模擬信號，它與加速度值成正比關(guān)系。伺服式加速度傳感器原理圖20伺服式加速度傳感器原理圖主要由質(zhì)量塊、彈簧、電磁線圈、永久磁鐵、位移傳感器、伺服放大器、殼體等部分組成。伺服式加速度傳感器構(gòu)成圖21伺服式加速度傳感器結(jié)構(gòu)圖優(yōu)點(diǎn)是測量精度和穩(wěn)定性、低頻響應(yīng)等都得到提高，還有分辨率高，高精度，自檢功能，高可靠性等。缺點(diǎn)是體積和質(zhì)量比壓電式加速度計(jì)大很多，價格昂貴。伺服式加速度傳感器優(yōu)缺點(diǎn)圖22伺服式加速度傳感器結(jié)構(gòu)圖由于有反饋?zhàn)饔?，增?qiáng)了抗干擾的能力，提高測量精度，擴(kuò)大了測量范圍，伺服加速度測量技術(shù)廣泛地應(yīng)用于慣性導(dǎo)航和慣性制導(dǎo)系統(tǒng)中，在高精度的振動測量和標(biāo)定中也有應(yīng)用。道路分級,鉆井測繪,武器視覺設(shè)備,衛(wèi)星天線陣列,平臺控制,軌跡監(jiān)測,地震和土木工程分析伺服式加速度傳感器應(yīng)用圖23鉆井圖24衛(wèi)星天線幾種加速度傳感器的比較分類壓電式加速度傳感器壓阻式加速度傳感器電容式加速度傳感器伺服式加速度傳感器特點(diǎn)體積小，質(zhì)量輕，工作頻帶寬體積小、低功耗等結(jié)構(gòu)簡單,價格便宜，靈敏度高，零磁滯，真空兼容，過載能力強(qiáng)，動態(tài)響應(yīng)特性好和對高溫、輻射、強(qiáng)振等惡劣條件的適應(yīng)性強(qiáng)動態(tài)性

能好、動態(tài)范圍大和線性度好應(yīng)用儀器儀表，汽車制動啟動檢測，地震檢測報警系統(tǒng)，工程測振、地質(zhì)勘探、鐵路、橋梁、大壩的振動測試與分析；廣泛應(yīng)用于汽車碰撞實(shí)驗(yàn)、測試儀器、設(shè)備振動監(jiān)測等領(lǐng)域在安全氣囊，手機(jī)移動設(shè)備等領(lǐng)域無可替代廣泛地應(yīng)用于慣性導(dǎo)航和慣性制導(dǎo)系統(tǒng)中，在高精度的振動測量和標(biāo)定中也有應(yīng)用位置傳感器位置傳感器通過檢測，判斷檢測量是否已到達(dá)某一位置，產(chǎn)生能反映某種狀態(tài)的開關(guān)量。用在機(jī)床上進(jìn)行刀具、工件或工作臺的到位檢測或行整限制，也經(jīng)常用在工業(yè)機(jī)器人上。位置傳感器分接觸式和接近式兩種。接觸式位置傳感器是能獲取兩個物體是否已接觸的信息的一種傳感器；接近式位置傳感器是用來判別某一范圍內(nèi)是否有某一物體的一種傳感器。1.接觸式位置傳感器由微動開關(guān)制成的位置傳感器它用于檢測物體的位置，構(gòu)造和分布形式如下圖所示環(huán)式二維矩陣式配置的位置傳感器它一般用于機(jī)器人手掌內(nèi)側(cè)，在手掌內(nèi)側(cè)常安裝有多個二維觸覺傳感器，用以檢測自身與某一物件的接觸位置、被握物體的中心位置和傾斜度，甚至還可識別物體的大小和形狀。圖3?20二維矩陣式的配置傳感器1.柔軟電極；2.柔軟絕緣體課堂小結(jié)：1.電感式位移傳感器工作原理2.光柵位移傳感器由于莫爾條紋是明暗交替的，當(dāng)莫爾條紋上下移動時，只要用光敏元件檢測出來明、暗的變化，就可得知位移的大小。根據(jù)被測位移改變磁阻的方式，它又分為變氣隙型、變面積型和螺線管型三種。機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)第3章執(zhí)行裝置及伺服電動機(jī)3.1常用執(zhí)行裝置及分析3.2執(zhí)行裝置設(shè)計(jì)3.3伺服電動機(jī)目錄概述

從機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械能流角度看，其支持系統(tǒng)由動力裝置、傳動裝置、執(zhí)行裝置以及能源組成。能源一般采用電源或液（氣）壓源。動力裝置的作用是將電能或液（氣）壓能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。如伺服電機(jī)將電能轉(zhuǎn)化為回轉(zhuǎn)運(yùn)動的機(jī)械能；步進(jìn)氣缸將氣壓能轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動的機(jī)械能。傳動裝置是起傳遞機(jī)械運(yùn)動能量的作用或起轉(zhuǎn)換運(yùn)動軌跡、運(yùn)動參數(shù)或增速和增大轉(zhuǎn)矩的作用。執(zhí)行裝置的作用則是夾持物料、運(yùn)動導(dǎo)向，以及將機(jī)械有效能傳入工藝過程。對于直線運(yùn)動，執(zhí)行裝置工作臺、刀架、輸送帶等；對于回轉(zhuǎn)運(yùn)動有主軸、轉(zhuǎn)臺等；對于組合運(yùn)動有